Les Réseaux

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Les Réseaux

Introduction

Patrick MONASSIERUniversité Lyon 1 France

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Les Réseaux

Le but principal du réseau industriel est de transporter l’information:

- D’un point à un autre- De façon sûre- Dans un temps donné

La SECURITE doit être ABSOLUE

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Les Réseaux

Il y a 3 grands types de réseaux:

* Grand public - Plusieurs GigaBit/s >>> Entre sites(Internet - Transparc - TransFix...)

* Informatiques - 10 à 100 Mbit/s >>> Entre ordinateurs(Ethernet - TokenRing...)

* Industriels - jusqu’à 10 MHz >>> Capteurs/actionneurs(CAN - Bitbus - FIP - Interbus - profibus - Ethernet ...)

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Les Réseaux

Pyramide du CIM - Computerized Integration Manufacturing

Réseau Grand Public - Intersite entre usines, Internet - Transpac...

Réseau Usine Ethernet...

Réseau Local Industriel Cellule - Groupe de machines Ethernet Industriel

Réseau Local Industriel Machine .Ethernet

Industriel Réseau de terrain Capteur-Actionneur

niveau 4

niveau 3

niveau 2

niveau 1

niveau 0

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Les RéseauxGlobalement, avant le réseau de terrain, l’architecture d’automatisation de la machine était le suivant :

Capteurs/Actionneurs

AutomateAutomate

Automate

Réseau constructeur

Les Capteurs et actionneurssont reliés aux automates par fil, ou liaison sérieRS232, RS485 à protocolepropriétaire...

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Les RéseauxAvec le réseau de terrain, l’architecture d’automatisation de la machine change;

Différentes topologies peuvent être utilisées... par exemple:

réseau A

réseau B réseau C

réseau D

Liaison directe Capteurs/Actionneurs

système système

Automate

système

Automate

Réseau local (Ethernet)

Réseaux de Terrain

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Les Réseaux

Il y a 2 exigences impératives vis à vis des réseaux industriels:

Sécurité de l’information : l’erreur peut être dangereuse...

Déterminisme: faculté de transférer des données dans un temps donné.

La bande passante est limitée pour diminuer les risques d’erreurs physiques de transmission... (1 Mbit/s)

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sécurité de l’information

Les données du producteur doivent arriver à l’identique au(x) consommateur(s)...

La sécurité absolue n’existe pas: une trame peut être altérée, mais il est impératif de la détecter et de savoir gérer l’erreur...

Divers mécanismes de détection d’erreur existent au niveau des contrôleurs réseau... le CRC restant en final le contrôle le plus efficace et le plus répandu.

Un bon support physique, une installation correcte et une vitesse de transmission adaptée évitent une bonne partie des erreurs de trames.

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sécurité de l’informationCodage CRC Décodage CRC

Comparaison

Le CRC (Cyclic Redundancy Code) appliqué sur les bits de la trame donne une valeur de calcul, transportée dans la trame, et décodée par chaque récepteur. Si les valeurs sont différentes, la trame est déclarée altérée....

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Déterminisme

Dans un réseau, c’est la faculté de transférer des données dans un temps donné et connu.

Dans le monde industriel, il est impératif de détecter des événements dans un laps de temps suffisant, pour y

répondre le plus rapidement possible.

Il est donc nécessaire de hiérarchiser l’accès des données au réseau, pour y transporter en priorité les

informations critiques.

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Réseaux

Les Méthodes d’accès

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Les Topologies

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Les méthodes d’accès

• Maître / Esclave

• Avec jetons

• Par division de temps (TDMA)

• A gestion de collision (CSMA-CD/CA)

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La méthode Maître / Esclave

S ta tion E sc lave S ta tion E sc lave S ta tion E sc lave

S ys tè m e P rin c ip a lM aître

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La Méthode Maître / Esclave

• Le maître parle à un moment donné à l’esclave • L’esclave doit répondre dans un temps donné• Un esclave n’a pas le droit d’initier un dialogue• Le maître peut parler à plusieurs esclaves• Un dialogue entre 2 esclaves passe par le maître• Le calculateur central cadence les dialogues• Cohérence absolue des dialogues, pas de collisions• Déterminisme assuré. temps de dialogues longs

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S ta tion E sc lave S ta tion E sc lave S ta tion E sc lave

S ys tè m e P rin c ip a lM aître

Maître Secours

Le réseau ne fonctionne plus en cas de défaillance du maître On peut joindre au réseau un système Maître de secours

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La Méthode Maître / Esclave

Maître Maître secours

Esclave Esclave Esclave


MaîtreEsclave

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Maître Maître secours



MaîtreEsclave

Cas de défaillance: Coupure physique du réseau

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La méthode du Jeton

Adaptée à la topologie en anneau (Token Ring IBM)

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• Un jeton circule sur le réseau, inclus dans la trame• La trame passe de station en station (régénérée)• Le jeton est libre ou occupé (droit d’émettre)• Trame = jeton + adresse + message + 2 indicateurs (reconnaissance adresse + copie correcte) • La trame retourne jusqu’à l’émetteur: lecture des indicateurs• Déterministe, pas de collision, pour trafic élevé• Fragile: cas de défaillance d’une station

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1

2

4

6

3

5Exemple: - 1 veut émettre vers 3

Indicateurs actualisés: - Occupation jeton - Recopie trame

(Régénération physiquesur chaque station)

Attend le jeton- prend le jeton- 1 émet vers 3- retour vers 1- libère le jeton

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Cas de la coupure du médium

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Partage en deux demi-réseaux

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Méthode TDMA

t

1 2 3 4 1 2 .....

- Chaque station émet dans sa tranche de temps sur un cycle- Une station peut utiliser plusieurs tranches de temps par cycle- Pas de collision- Cette méthode n’est pratiquement jamais employée

cycle

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Time Division Multiplexing Access

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Méthode CSMA / CD - CA

Méthode à gestion de collision

Méthode évoluée employée sur des réseaux standards

- Ethernet CSMA / CD - CAN CSMA / CA

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Carrier Sense Multiple Access- with Collision Detection- with Collision Avoidance

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Méthode CSMA / CD - CA2/7

• Toutes les stations sont égales

• Chaque station émet quand elle veut

• Les collisions sont détectées par les stations

• Les collisions sont acceptées

• Les collisions sont gérées par le protocole

• Il y a une stratégie d’arbitrage des collisions

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Topologie du réseau

Méthode CSMA-CD/CA

Noeuds

Résistancede terminaison

• Toutes les stations sont égales• Chaque station émet quand elle veut• Les collisions sont détectées par les stations• Les collisions sont acceptées • Les collisions sont gérées par le protocole• Il y a une stratégie d’arbitrage des collisions• Il est très facile d’ajouter ou de retirer un noeud

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En cas de coupure réseau, le tronçon est complètement isolé.

Résistancede terminaison

L'intelligence répartie favorise la mise en sécurité

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Quand les NTIC amènent à repenser l'architecture de la communication industrielle

(pyramide du CIM - Computer Integrated Manufacturing)

Il est simplement à noter que la technologie Internet est dans sa phase d'adolescence mais que sa maturité sera très rapide….

Une convergence des technologies de l'informatique, de l'informatique industrielle et de l'internet

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La pyramide du CIM, définit le modèle d'usine industrielle au sens de l'automatisation et de la communication.

Actuellement, elle décrit les différents niveaux de communication sous une forme quantitative des données à véhiculer :

• Au niveau 4, on a de gros paquets de données (fichiers) sans impératif de performance absolue. • Au niveau 0, transfert performant (peu d’informations mais très rapidement)

La pyramide du CIM1

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Aujourd'hui, au niveau des automatismes : l'évolution des composants, des puissances de traitement en local amène à prendre en compte de nouveaux besoins (contrôle d'axes, pesage, régulation…) d'où un accroissement des flux de communication. On passe d'une architecture centralisée à une architecture à intelligences réparties.

Evolution des composants et nouveaux besoins

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L’intelligence migre fortement vers les composants (intégration de nouvelles fonctions : souplesse de programmation, diagnostics intégrés…) Il devient nécessaire d’augmenter les possibilités de communication (flux d’information) vers le bas de l’architecture CIM, de développer au

maximum la communication horizontale.

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3Evolution des besoins des marchés industriels

Passage d'une production de masse vers une production flexible et sur mesure

Les délais de mise sur le marché diminuent

Prise en compte des normes et réglementations

Il ne suffit plus d'automatiser, il faut communiquer c'est à dire accéder à l'information rapidement au bon moment

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Implémentation des protocoles TCP/IP4

Ethernet TCP/IP s'est développé sur les architectures d'automatisme et est devenu

un réseau fédérateur à partir du niveau 2 du CIM.

Aujourd'hui, nous pouvons envisager la descente d'Ethernet TCP/IP sur le bas des architectures d'automatisme (au niveau 1 dans un premier temps) afin de répondre aux nouveaux besoins fonctionnels des composants d'automatisme

Internet

TCP / IP

A la recherche d'une norme d'accès : TCP / IP

L'accès par internet se fait à tous les niveaux en horizontal, TCP/IP devient la norme fédératrice.

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Un nouveau modèle de pyramide aplanie

Informatique

Capteurs / actionneurs Capteurs / actionneurs

Contrôle commande, API IHM, Contrôle commande, API

MES, ERP

SCADA, IHM

MES, ERP, SCADA

Informatique

Modèle pyramide du CIM Evolution du modèle

MES Manufacturing Execution System ERP Entreprise Ressource Planning SCADA SuperviseurIHM Interface Homme MachineAPI Automate Programmable

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Une nouvelle architecture machineLes NTIC vont permettre l'élaboration des futures architectures du point de vue de la machine (c'est avant tout là où réside le savoir-faire !) et non plus du point de vue exclusif de l'exploitation.

Les NTIC vont permettre d'accéder en temps réel à la donnée de production à l'endroit où celle-ci est générée.

Client léger: navigateur Internet

Demande d‘exécution d'un service

Entité fonctionnelle

Compte-rendu d'exécution

Ethernet TCP / IP

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Une nouvelle architecture machine

Le constructeur de machine pourra simplement se créer des modules programmes génériques reflétant son savoir-faire. L'intégrateur aura pour tâche le développement de modules génériques fédérateurs des savoir-faire constructeurs.

Enfin, chacun d'entre eux pourra développer le e-service ( Télédi@gnostic, télém@intenance).

Web Server

Services logicielsconstructeurs

EthernetTCP / IP

Intégrateur :- Modules génériques fédérateurs

Accès direct :- Simple navigateur Internet

Internet

e-servicesTélédi @ gnostic télém @ intenance

Intranet / extranet entreprise

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34Patrick MONASSIERUniversité Lyon 1 France

Fin de présentation

Merci pour votre attention

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